跟着高分SCI学细菌耐药基因分析：抗生素和消毒剂抗性组的关联分析

在当今社会，化学消毒剂和抗生素的广泛使用在保障食品安全与人类健康的同时，也带来了诸多隐患。新冠疫情更是加剧了消毒产品的使用，而过度使用消毒剂可能促使抗生素耐药基因产生与传播，引发超级细菌问题。抗菌药物耐药性（AMR）已成为全球公共健康的重大威胁，其中大肠杆菌广泛存在于人类、动物和环境之间，食品污染又是食源性疾病的重要诱因。今天我们就一起来学习下面这篇关于人类和食源性大肠杆菌中抗生素和消毒剂抗性文章的研究思路和生信分析方法。

这篇文章的生信分析部分用到了之前我们介绍过的 SPAdes、ABRicate等工具，这些工具都能在Galaxy生信云平台（网址：usegalaxy.cn )上方便地使用，不需要安装软件和配置复杂的环境，也无需下载大型的耐药基因数据库。有兴趣的读者可以参考以下文章：

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ABRicate：轻松快速帮你完成细菌耐药基因及毒力基因鉴定

一文详解细菌耐药性生信分析:从下机数据到耐药基因鉴定

摘要：化学消毒剂和抗生素的广泛使用对食品安全和人类健康构成重大威胁。本研究从北京的动物源食品中分离出343株大肠杆菌，并结合NCBI上的人类源大肠杆菌在线数据，发现北京各地区菌株分布相对均匀，不同来源菌株的优势序列类型存在差异。抗生素和消毒剂的表型关联分析表明，氯消毒剂和过氧化物与四环素呈显著正相关。人类相关大肠杆菌中富集了更多的抗生素和生物杀灭剂及金属抗性基因（BMRGs）。此外，季铵化合物（QACs）抗性基因qacEΔ1与多种抗生素抗性基因显著相关。本研究揭示了重金属、消毒剂和抗生素使用对耐药性传播的综合影响，强调了抗菌药物耐药性防控策略的多方面性和综合性。

一、引言

化学消毒剂能有效杀灭细菌，控制细菌污染，在人类健康护理和食品安全中发挥着重要作用。新冠疫情推动了消毒产品的广泛使用，全球对消毒剂的需求大幅增加。然而，过度使用消毒剂可能导致抗生素耐药基因的产生和传播，加速超级细菌的出现。抗菌药物耐药性（AMR）的传播已成为全球公共健康的严重威胁，除了抗生素的选择压力外，抗菌消毒剂和重金属等物质也通过协同选择维持AMR。大肠杆菌广泛存在于人类、动物和环境中，食品污染是导致食源性疾病的重要原因。本研究收集了北京的食源性大肠杆菌，并与北京的人类源大肠杆菌基因组数据相结合，旨在阐明重金属、消毒剂抗性和抗生素抗性在食源性菌株中的传播风险，深入了解北京人类和食源性大肠杆菌中抗菌和消毒剂抗性组的关系。

二、结果

研究设计与样本情况

• • 样本收集：2020年和2021年，从北京六个区的16家超市和市场的猪肉和鸡肉样本中收集了343株大肠杆菌（图1）。
• • 样本分布：北京各地区菌株分布相对均匀，没有区域特异性聚类。

抗菌和消毒抗性特征

• • 抗菌抗性
  • • 总体情况：对21种抗菌药物的敏感性测试结果显示，大肠杆菌对甲氧苄啶/磺胺甲恶唑的耐药率最高，达90.7%，其次是多西环素（49.9%）。
  • • 耐药趋势：从2020年到2021年，耐药率略有增加。
• • 消毒抗性：未提及具体的消毒抗性检测结果和分析。

基因关联分析

• • 基因多样性：食源性和人类源大肠杆菌分离株的序列类型（STs）存在差异。
• • 抗性基因关联
  • • 常见关联：qacEΔ1基因与氨基糖苷类抗性基因aadA5、叶酸途径拮抗剂抗性基因dfrA17、磺胺类抗性基因sul1和大环内酯类抗性基因mph(A)具有强相关性。
  • • 基因簇关联：铜抗性基因簇pco与银抗性基因簇sil存在显著关联。
  • • 基因结构特征：qacEΔ1基因结构中存在许多抗性基因共存，其中qacEΔ1-sul1是最常见的组合。

  

  • Graphical abstract

三、讨论

研究主要发现

• • 菌株分布与进化关系：北京不同地区的菌株在进化关系上分布均匀，没有区域特异性集中分布。
• • 抗性基因传播
  • • 宿主偏好：食物来源和人类来源的菌株遗传背景有所不同，反映了它们对不同宿主和环境的偏好。
  • • 基因关联：多种抗性基因在大肠杆菌种群中通过水平基因转移传播，质粒或移动遗传元件可能携带多种抗性基因，导致对抗生素、重金属和消毒剂的共同抗性。

研究局限性与展望

• • 局限性：研究仅涉及北京的部分地区和有限的年份，可能无法完全反映全国范围内的情况。
• • 展望：未来的研究需要进一步扩大样本范围，深入探讨耐药性的传播机制，以及如何制定更有效的防控策略。

四、方法

• • 样本采集：使用常规培养方法从猪肉和鸡肉样本中分离大肠杆菌。
• • 基因分析
  • • 测序工具
    • • 组装算法：使用SPAdes进行基因组组装。
  • • 基因检测
    • • PCR方法：通过PCR等方法检测抗生素抗性基因和消毒剂抗性基因。
    • • ABRicate：用于识别细菌的毒力因子。
• • 关联分析
  • • 统计分析软件：使用统计分析方法，如相关性分析，探讨不同抗性基因之间的关系